• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제27권5호
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• pp.947-955
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• 2017

Herbicidin A is a potent herbicide against dicotyledonous plants as well as an antibiotic against phytopathogens. In this study, fermentation parameters for herbicidin A production in submerged culture of Streptomyces scopuliridis M40 were investigated. The herbicidin A concentration varied with the C/N ratio. High C/N ratios (>4) resulted in a herbicidin A production of more than 900 mg/l, whereas maximally 600 mg/l was obtained at ratios between 1 and 3.5. In 5-L batch fermentation, there was a positive correlation between the oxygen uptake rate (OUR) and herbicidin A production. Once the OUR increased, the substrate consumption rate increased, leading to an increase in volumetric productivity. Mechanical shear force affected the hyphal morphology and OUR. When the medium value of hyphal size ranged from 150 to $180{\mu}m$, high volumetric production of herbicidin A was obtained with OUR values >137mg $O_2/l{\cdot}h$. The highest herbicidin A concentration of 956.6 mg/l was obtained at 500 rpm, and coincided with the highest relative abundance of hyphae of $100-200{\mu}m$ length and the highest OUR during cultivation. Based on a constant impeller tip speed, which affects hyphal morphology, herbicidin A production was successfully scaled up from a 5-L jar to a 500-L pilot vessel.

• Natural Product Sciences
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• 제5권3호
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• pp.151-153
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• 1999

(+)-Hernandulcin is a sweet bisabolane-type sesquiterpene first isolated from Lippia dulcis Trev. (Verbenaceae). This oily compound is 1000-1500 times sweeter than sucrose but with poor solubility in water. Microbial transformation was employed to improve its water solubility, and a variety of microorganisms were screened for their ability to convert (+)-hernandulcin to more polar metabolites. Scale-up fermentation with Glomerella cinguiata, a fungal strain, has resulted in the isolation of a more polar metabolite (2).

• Natural Product Sciences
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• 제23권4호
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• pp.306-309
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• 2017

Microbial transformation of $({\pm})$-6-(1,1-dimethylallyl)naringenin (6-DMAN, 1) and $({\pm})$-5-(O-prenyl) naringenin-4',7-diacetate (5-O-PN, 2) was performed by using fungi. Scale-up fermentation studies with Mucor hiemalis, Cunninghamella elegans var. elegans, and Penicillium chrysogenum led to the isolation of five microbial metabolites. Chemical structures of the metabolites were determined by spectral analyses as $({\pm})$-8-prenylnaringenin (3), (2S)-5,4'-dihydroxy-7,8-[(R)-2-(1-hydroxy-1-methylethyl)-2,3-dihydrofurano]flavanone (4), $({\pm})$-5-(O-prenyl)naringenin-4'-acetate (5), $({\pm})$-naringenin-4'-acetate (6), and $({\pm})$-naringenin (7), of which 5 was identified as a new compound.

• 한국식품과학회지
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• 제50권4호
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• pp.391-399
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• 2018

생물전환기법과 유산균을 사용한 발효를 이용해 쿼세틴의 회수율 증가와 비배당체(aglycone) 형태로의 전환을 통해 체내 흡수율을 높이고 풍미가 향상된 기능성 양파음료를 개발하기 위한 연구를 수행하였다. 생물전환에 적합한 유산균과 효모를 발굴하고 외부환경 조건에 차이를 두어 쿼세틴의 비배당화 전환율을 최대화하는 조건을 확립하였다. 실험 결과를 바탕으로 L. casei, L. plantarum, K. lactis가 생물전환공정에 적합한 유산균으로 선별되었다. 양파 슬러리를 포함한 양파즙을 발효하였을 때 쿼세틴 농도는 초기 대비 K. lactis와 L. casei에서 각각 260%, 318%의 증가가 관찰되었으나, 48시간 이후에는 감소하는 것을 확인하였다. 또한 quercetin hexose와 quercetin di-hexose는 최대 141%까지 증가하여 발효가 진행되는 동안 전체 총 쿼세틴 양이 증가함을 알수 있었다. 양파즙의 초기 pH를 중성으로 조정하였을 때 비배당체 쿼세틴 농도는 초기에 빠르게 증가했으나 24시간 이후에는 발효가 지속됨에 따라 감소하였다. Quercetin hexose의 농도 또한 빠르게 감소해 비배당체 비율이 증가했지만 자체 농도가 감소해 중성 pH에서의 발효는 적절하지 않다고 판단하였다. 발효기를 이용한 대용량 발효 실험에서도 L. plantarum, L. casei와 K. lactis 모두 동일한 발효 효율을 유지함을 확인하였다. 그러나 식품으로서의 사용을 위한 열 살균 이후에는 유산균 발효 양파즙의 쿼세틴 배당체 농도가 급격히 감소하여 고온 고압 살균이 아닌 여과와 같은 다른 살균 공정이 필요하다고 판단했다. 이상의 결과를 바탕으로 식물성 유산균 발효를 통한 쿼세틴 함량 증가와 비배당체/배당체 비율의 증가를 확인하였고 고기능성 유산균/젖산균 발효 양파즙의 개발 가능성을 알 수 있었다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제42권7호
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• pp.1125-1132
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• 2013

종균용 김치를 제조를 하기 위해서는 김치 공장에서 저가로 종균이 대량배양 되어야 한다. 그러나 현재의 유산균배지는 종균 생산용으로 사용하기에는 비용이 많이 든다. 이를 해결하기 위해서는 새로운 배지를 개발해야 하는데 새로운 배지를 개발하기 위한 기본적인 요소에는 배추 추출액, 탄소원, 질소원, 무기염류가 있다. 선정된 최적배지 조성은 배추 추출액 잎 30%, maltose 2%, yeast extract 0.25%, $2{\times}$ salt stock(2% sodium acetate trihydrate, 0.8% disodium hydrogen phosphate, 0.8% sodium citrate, 0.8% ammonium sulfate, 0.04% magnesium sulfate, 0.02% manganese sulfate)으로 나타났다. 그리고 새롭게 개발된 배지의 이름은 MFL로 명명하였다. Leuconostoc(Leuc.) citreum GR1을 $30^{\circ}C$에서 24시간 배양하면 MRS 배지에서는 $3.41{\times}10^9$ CFU/mL, MFL 배지에서는 $7.49{\times}10^9$ CFU/mL의 생균수로 MFL 배지에서 배양하면 MRS 배지에서 배양했을 때보다 2.2배 더 높은 성장을 보였다. 또한 최적화 배지의 scale-up을 위해 5 L 발효조를 이용하여 2 L의 working volume으로 Leuc. citreum GR1을 배양하였다. 교반속도는 50 rpm에서 생균수 $8.60{\times}10^9$ CFU/mL를 얻었다. 발효조의 pH 조절은 pH-stat mode로 하였으며, 균체 성장의 최적 pH는 수산화나트륨 수용액을 이용한 pH 6.8이었고, 이 조건으로 20시간 배양 후 $11.42{\times}10^9(1.14{\times}10^{10})$ CFU/mL의 균체를 얻을 수 있었다. 이는 MRS 배지로 사용하여 얻은 생균수의 3.34배에 해당하는 높은 값으로, 본 연구에서 개발된 MFL 배지는 김치 종균용 Leuc. citreum GR1 배양을 위한 배지로 배지 단가 절감, 높은 균체 수율 등 충분한 경제적 장점을 기대할 수 있다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제39권1호
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• pp.56-62
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• 2011

고문헌에 기록된 사라진 우리술을 발굴하는 전통주 복원 프로젝트의 일환으로서 시판 누룩 5종을 사용한 석탄주(惜呑酒)를 제조하여 이들의 양조적성을 구명하였다. 석탄주 발효 중 품온변화 등 일반성분을 분석하였고 완성된 석탄주(발효기간 10일)의 관능평가를 실시하였다. 전체적으로 술덧의 품온변화는 실내온도 변화에 상응하였다. pH는 전체적으로 발효 0~3일차까지 급격히 떨어졌다가 발효 중간부터 완만히 증가(3일: 3.13~3.57, 6일: 3.35~3.80)하였고, 발효 종료 시, pH 3.60~4.05로 상승하였다. 산도는 전반적으로 높았으며 (0.45~0.59%) Nuruk-B의 수치가 가장 높았다. 이는 누룩에 생육하는 유기산 생성 곰팡이와 젖산균이 술덧의 적절한 온도, 원료 조성, 효모 수에 따라 유기산 생산능에 차이가 있는것으로 보여진다. 환원당과 당도는 Nuruk-C로 제조한 석탄주에서 가장 높았으나(5.36%, 23o) 알코올 함량(8.6%)은 가장 낮았다. 5종의 시판누룩으로 발효시킨 석탄주에서 Nuruk-A가 알코올 함량(19.4%)이 가장 높았고 휘발산은 발효 3일째 가장 높은 수치(132.6~263.7 ppm)를 나타내었으나, 발효가 진행되면서 급격히 감소(5.25~5.94 ppm)하였다. 관능평가는 5점 척도법으로 실시하였으며 Nuruk-D로 제조한 석탄주가 전반적인 기호도가 가장 높았고(4.0), Nuruk-A의 경우 가장 낮았다(2.77).

• 생명과학회지
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• 제15권1호
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• pp.15-20
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• 2005

동충하초 Paecilomyces tenuipes C240의 균사체 배양과정에서 균사체 성장, 세포외 다당체 생산, 기질감소 속도를 표현할 수 있는 동력학적 모델을 제시하였다. 균사체 성장은 Logistic식을, 세포외 다당체 생산은 Luedeking-Piret 식을, 기질소모는 Luedeking-Piret 유사식을 각각 적용함으로써, 전체 균사체 배양과정을 예측할 수 있었다. 모델식에서 사용된 주요 kineti, constant들은 다음과 같다: 균사체의 최대 비성장속도${\mu}m,\;0.7281\;h^{-1};$; 다당체 생산에서의 growth-associated constant $(\alpha),\;0.1743g(g\;cells)^{-1}$; non-growth-associated constant $(\beta),\;0.0019g(g\;cells)^{-1}\;;$ maintenance coefficient ($(m_s),\;0.0572g\;(g\;cells)^{-1}$·5L 발효조에서 얻은 균사체 성장, 세포외 다당체 생산, 기질감소 속도자료들을 모델에서 예측한 결과와 비교한 결과 서로 잘 일치하는 것으로 보아, 본 연구에서 제안된 모델식은 이 동충하초 균사체 배양공정의 scale-up등의 프로세스 설계에 응용가능 할 것이며, 다른 종류의 동충하초 균사체 배양공정에도 적용가능 할 것으로 판단된다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제48권3호
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• pp.344-357
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• 2020

Streptococcus zooepidemicus 유래의 세포외 고분자물질인 히알루론산(hyaluronic acid) (HA)을 대량 생산하기 위해, 균주 개량, 생산배지 및 배양공정 개발에 관한 연구를 수행하였다. HA 고생산성 변이주를 선별하기 위해 약 99%의 사멸률을 보이는 ethylmethane sulfonate (EMS) 처리조건을 적용해서, 지속적인 random screening 방법으로 고생산성, 고안정성의 변이주들을 선별할 수 있었다. HA를 고농도로 생산하기 위해서는, 이 균주의 생화학 및 배양생리적 특성에 기반한 최적 배지개발이 필수적이라고 판단하여, one-factor-at-a-time (OFAT), full factorial design (FFD), steepest ascent method (SAM) 및 response surface method (RSM) (반응표면분석법)을 순차적으로 적용하여 통계적 배지 최적화 실험을 수행하였다. 최적 배지조성에서 플라스크 배양에 의한 HA 생산성은 5.38 g/l로서, 이전 배지(3.54 g/l)에 비해 약 52% 향상된 생산량을 얻을 수 있었다. 또한 선별된 우량균주와 최적화된 생산배지를 이용하여 5 L 발효조에서 배양공정 최적화 연구를 수행하였다. 이 균주의 생리학적 특성을 고려할 때, HA 생산성을 높이기 위해서는 (배양 중 HA 축적으로 인해 고점도를 띠는) 배양액으로의 충분한 용존산소 공급이 매우 중요한 요인인 것으로 판단되었다. 따라서 용존산소 공급과 밀접하게 관련있는 발효조의 교반시스템(교반 날개 종류, 크기 및 배치 등) 및 교반속도에 대한 최적화 연구를 수행하였다. 그 결과, 교반축 하부에는 Rushton turbine-type, 상부에는 marine-type의 확장된 교반날개(기존 대비 직경 1.3배 확장)가 설치된 경우, 450 rpm에서 강화된 혼합력과 충분한 용존산소 공급으로 인해 HA 생산성이 기존 플라스크 배양 대비 약 1.8배(9.79 vs. 5.38 g/l) 더 높은 것으로 확인되었다. 최종적으로 HA 배양공정의 scale-up 가능성을 확인하기 위해, pilot 규모의 50 L 발효조 배양을 최대 300 rpm의 교반속도에서 수행하였다. 처음으로 시도한 50 L 배양임에도 불구하고, HA 최대 생산성 면에서 볼 때, 5 L 발효조 결과와 거의 동일한 수준(98.5%) (9.11 vs 9.25 g/l)의 생산량을 얻을 수 있었다. 반면 지수기 성장단계인 배양 15시간까지의 50 L 배양의 HA 평균생산속도(r_p)는 0.46 g/l/hr로서 0.62 g/l/hr인 5 L 배양 대비 약 74% 정도에 머무는 것으로 나타났다. 따라서 생산 발효조의 scale-up 시, 생산균주의 전단응력 민감성(shear damage)을 함께 고려하면서, 산소전달계수(k_La)를 기반으로 하는 교반시스템에 대한 체계적인 연구가 진행된다면, HA 생산속도도 증가될 수 있는 긍정적인 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제25권10호
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• pp.1742-1750
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• 2015

Human insulin is composed of 21 amino acids of an A-chain and 30 amino acids of a B-chain. This is the protein hormone that has the role of blood sugar control. When the recombinant human proinsulin is expressed in Escherichia coli, a serious problem is the formation of an inclusion body. Therefore, the inclusion body must be denatured and refolded under chaotropic agents and suitable reductants. In this study, H27R-proinsulin was refolded from the denatured form with β-mercaptoethanol and urea. The refolding reaction was completed after 15 h at $15^{\circ}C$, whereas the reaction at $25^{\circ}C$ was faster than that at $15^{\circ}C$. The refolding yield at $15^{\circ}C$ was 17% higher than that at $25^{\circ}C$. The refolding reaction could be carried out at a high protein concentration (2 g/l) using direct refolding without sulfonation. The most economical and optimal refolding condition for human preproinsulin was 1.5 g/l protein, 10 mM glycine buffer containing 0.6 M urea, pH 10.6, and 0.3 mM β-mercaptoethanol at $15^{\circ}C$ for 16 h. The maximum refolding yield was 74.8% at $15^{\circ}C$ with 1.5 g/l protein. Moreover, the refolded preproinsulin could be converted into normal mature insulin with two enzymes. The average amount of human insulin was 138.2 g from 200 L of fermentation broth after enzyme reaction with H27R-proinsulin. The direct refolding process for H27R-proinsulin was successfully set up without sulfonation. The step yields for refolding and enzyme reaction were comparatively high. Therefore, our refolding process for production of recombinant insulin may be beneficial to the large-scale production of other biologically active proteins.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제25권6호
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• pp.803-813
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• 2015

The growth of Irpex lacteus F17 and manganese peroxidase (MnP) production in a selfdesigned tray bioreactor, operating in solid-state conditions at a laboratory scale, were studied. The bioreactor was divided into three layers by three perforated trays. Agroindustrial residues were used both as the carrier of bound mycelia and as a nutrient medium for the growth of I. lacteus F17. The maximum biomass production in the bioreactor was detected at 60 h of fermentation, which was consistent with the CO₂ releasing rate by the fungus. During the stationary phase of fungal growth, the maximum MnP activity was observed, reaching 950 U/l at 84 h. Scanning electron microscopy images clearly showed the growth situation of mycelia on the support matrix. Furthermore, the MnP produced by I. lacteus F17 in the bioreactor was isolated and purified, and the internal peptide sequences were also identified with mass spectrometry. The optimal activity of the enzyme was detected at pH 7 and 25℃, with a long half-life time of 9 days. In addition, the MnP exhibited significant stability within a broad pH range of 4-7 and at temperature up to 55℃. Besides this, the MnP showed the ability to decolorize the polymeric model dye Poly R-478 in vitro.